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高性能掺镧锆钛酸铅压电陶瓷制备工艺研究

2020-12-07阅读(197)

高性能掺镧锆钛酸铅压电陶瓷制备工艺研究

论文摘要

掺镧锆钛酸铅(PLZT)压电陶瓷是一种应用广泛的智能材料,具有许多优良的特性,如压电、热电和光电性能。本文将机械合金化技术引入到陶瓷粉末的制备过程中,以获得具有良好烧结性能的超细粉末,制备细晶陶瓷,从而延长材料的使用寿命。本文重点研究了球磨转速与球磨时间对粉末性能及材料介电、压电性能的影响；锆钛比与烧结温度对材料物相组成及介电、压电性能的影响。结果表明：提高球磨转速,有利于提高粉末体系合金化反应速度。在相同球磨转速下,球磨时间适当延长有利于提高粉末烧结性能,但球磨时间过程过长反而导致粉末烧结性能的下降。当64/36≤Zr/Ti≤66/34时,材料近于准同型相界；Zr/Ti=65/35时,所得密度最高,密度达到7.64g/cm3,介电、压电常数和机电耦合系数最大,分别为εr=1182,d33=136.8pc/N,Kp=0.284。烧结温度在1000℃至1200℃时,陶瓷为PLZT相,陶瓷晶界清晰,平均晶粒尺寸小于1μm。而烧结温度为1250℃时,出现了ZrO2杂质相,晶粒略有粗化,晶界模糊。随着烧结温度的提高,陶瓷密度和硬度先升高后降低,在1100℃达到最大值,分别为7.64g/cm3和HV585.7。陶瓷的压电常数也同时到最大值136.8pc/N。通过对球磨转速、球磨时间、Zr/Ti及烧结温度的研究,确定出最优的制备工艺参数分别为：400rpm、12h、65/35和1100℃

论文目录

  • 摘要
  • ABSTRACT
  • 目录
  • 第一章 绪论
  • 1.1 压电陶瓷的背景
  • 1.1.1 压电陶瓷的发展历程
  • 1.1.2 压电陶瓷的种类及应用
  • 1.1.3 压电基础知识与基本理论
  • 1.2 PZT系压电陶瓷
  • 1.2.1 PZT系压电陶瓷的结构
  • 1.2.2 PZT系压电陶瓷结构对性能的影响
  • 1.2.3 PZT系压电陶瓷的掺杂改性
  • 1.3 PLZT压电陶瓷
  • 1.3.1 PLZT压电陶瓷的晶体结构
  • 1.3.2 La掺杂对PLZT压电陶瓷性能的影响
  • 1.3.3 PLZT压电陶瓷的研究热点
  • 1.4 研究内容及意义
  • 第二章 实验设计与检测方法
  • 2.1 实验设计
  • 2.2 试样制备
  • 2.2.1 原材料选择
  • 2.2.2 制备工艺
  • 2.3 试验配方及工艺参数设计
  • 2.4 分析检测方法
  • 第三章 高能球磨工艺对PLZT粉末及陶瓷性能的影响
  • 3.1 高能球磨工艺对粉末物相的影响
  • 3.1.1 160rpm转速下粉末物相随球磨时间的变化
  • 3.1.2 400rpm转速下粉末物相随球磨时间的变化
  • 3.1.3 粉末物相的定量计算
  • 3.1.4 球磨转速及球磨时间对合金化进程的影响
  • 3.2 高能球磨过程中粉末粒度的变化
  • 3.3 球磨转速对粉末形貌的影响
  • 3.4 球磨转速对粉末烧结性能的影响
  • 3.5 本章小结
  • 第四章 Zr/Ti比对PLZT压电陶瓷结构和性能的影响
  • 4.1 Zr/Ti比对陶瓷物相结构的影响
  • 4.2 Zr/Ti比对陶瓷断口形貌的影响
  • 4.3 TEM检测分析
  • 4.4 Zr/Ti比对陶瓷密度的影响
  • 4.5 Zr/Ti比对陶瓷介电、压电性能的影响
  • 4.6 本章小结
  • 第五章 烧结温度对PLZT陶瓷显微组织及电性能的影响
  • 5.1 烧结温度对PLZT陶瓷物相的影响
  • 5.2 烧结温度对PLZT陶瓷断口形貌的影响
  • 5.3 烧结温度对PLZT陶瓷密度及硬度的影响
  • 5.3.1 烧结温度对PLZT陶瓷致密化的影响
  • 5.3.2 烧结温度对PLZT陶瓷硬度的影响
  • 5.4 烧结温度对PLZT陶瓷压电性能的影响
  • 5.5 本章小结
  • 第六章 结论
  • 参考文献
  • 致谢
  • 附录

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